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公開番号2024096109
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-11
出願番号2024000090
出願日2024-01-04
発明の名称燃料電池を作動させるためのシステム及び方法
出願人プラグ パワー インコーポレイテッド
代理人個人,個人
主分類H01M 8/04 20160101AFI20240704BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】作動中の燃料電池の汚染を最小限にし、かつ非理想的な環境での作動に対してより頑強な、改善された燃料電池システム及び改善された燃料電池作動方法を提供する。
【解決手段】燃料電池を作動させる方法は、燃料電池からバッテリーへの電流の流れを提供するために燃料電池のカソード及びアノードへ酸化体及び燃料を流すステップを含む。燃料電池はバッテリーから切り離され、カソードへの酸化体の流れが停止される。電流は燃料電池から燃料電池に連結された抵抗器を通って流れ、かつ燃料電池の電圧は低下して燃料電池の膜電極アセンブリの膜の触媒表面を清浄化する。カソードへの酸化体の流れが増大せしめられ、かつバッテリーが燃料電池に再接続されてバッテリーに電流が提供される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
燃料電池の燃料電池汚染物質を低減する方法であって、
バッテリーに電流の第1の流れを提供するために燃料電池のカソードへ酸化体及びアノードへ燃料を流すステップと;
燃料電池をバッテリーから切り離すステップと;
燃料電池のカソード入口への酸化体の流れを停止するステップと;
燃料電池から燃料電池に連結された抵抗器を通して電流を流すステップと、
燃料電池の膜電極アセンブリの膜の触媒表面を清浄化するために、燃料電池の電圧が所定の電圧未満になるようにするステップと;
カソードへの酸化体の流れを増大させるステップと;
バッテリーに電流の第2の流れを提供するためにバッテリーを燃料電池に再接続するステップと
を含む方法。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
燃料電池を一定期間作動させるステップと;燃料電池をバッテリーから再度切り離すステップとをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
バッテリーの充電状態に基づいて該一定期間を決定するステップをさらに含み、充電状態は10~25%である、請求項2に記載の方法。
【請求項4】
燃料電池のアンペア時使用量に基づいて該一定期間を決定するステップをさらに含み、アンペア時使用量は10~25アンペア時である、請求項2に記載の方法。
【請求項5】
所定の電圧は0.3Vである、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
バッテリーに電流の第1の流れを提供するために燃料電池のカソードへ酸化体及びアノードへ燃料を流すステップは、1kW未満の電力を生成するための量の酸化体を燃料電池に流すことを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
燃料電池のカソード入口への酸化体の流れを停止するステップは、燃料電池が10~25アンペア時の電荷を放電した時に行われる、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
触媒表面を有する膜を備えた膜電極アセンブリを有する燃料電池と;
燃料電池に酸化体の流れを供給する酸化体供給源と;
燃料電池への酸化体の流れを停止するように構成された制御装置と;
燃料電池に電気的に接続されたバッテリーと;
制御装置は燃料電池からバッテリーを切り離すように構成されることと;
制御装置は、電流が燃料電池から抵抗器を通って流れて燃料電池の電圧が所定の電圧を下回るようにして燃料電池の膜電極アセンブリの膜の触媒表面を清浄化するために、燃料電池に抵抗器を接続するように構成されることと
を含む燃料電池システム。
【請求項9】
制御装置は、燃料電池のアンペア時使用量に基づいて燃料電池への酸化体の流れを停止するように構成されており、アンペア時使用量は10~25アンペア時である、請求項8に記載の燃料電池システム。
【請求項10】
制御装置は、燃料電池の電圧が所定の電圧に到達した時に燃料電池から抵抗器を切り離すように構成されており、所定の電圧は0.3Vである、請求項8に記載の燃料電池システム。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【関連出願の相互参照】
【0001】
本出願は、米国特許法第119条(e)の下で、"Method for Operating a Fuel Cell"と題する2022年12月30日に出願された米国仮特許出願第63/477,974号に基づく利益及び優先権を主張する。
続きを表示(約 2,400 文字)【技術分野】
【0002】
本発明は、概して燃料電池システムを作動させるためのシステム及び方法に関し、より具体的には燃料電池システムのプロトン交換膜の汚染物質を低減するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0003】
燃料電池は、燃料及び酸化体を電気及び熱へと電気化学的に変換するが、作動中のイオン移動をもたらすために使用される電解質の種類(例えば固体酸化物、溶融炭酸塩、アルカリ、リン酸又は固体高分子)に従って分類することができる。さらに、燃料電池アセンブリは、多数の用途のために数多くの環境(例えば、自動車環境、航空宇宙環境、産業環境、居住環境)において使用することができる。
【0004】
プロトン交換膜(本明細書中では以降「PEM」とする)燃料電池は、水素のような燃料及び空気のような酸化体の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。PEMは、燃料電池の「アノード」側から燃料電池の「カソード」側へのプロトン(すなわちH+イオン)の通過を可能にすると同時に反応物流体(例えば水素ガス及び空気ガス)の通過は抑制する、販売(sold)高分子電解質である。膜電極アセンブリ(本明細書中では以降「MEA」とする)は、燃料をPEMのアノード側へ、及び酸化体をカソード側へと方向付けるフローチャネル/流路を各々有している2枚の導電性プレートの間に位置付けられる。
【0005】
2以上の燃料電池を互いに接続してアセンブリの全体的な電力出力を増大させることが可能である。一般的に、電池は直列に接続され、この場合プレートの片側面は1個の電池のアノードプレートとしての役割を果たし、該プレートの反対側は隣接する電池のカソードプレートである。これらは一般にバイポーラプレートと呼ばれる。あるいは、1個の電池のアノードプレートが、隣接する電池の別個のカソードプレートに電気的に接続される。一般にこれら2枚のプレートは背中合わせに接続され、互いに接着される(例えば接着剤、溶接、又はポリマーによって接着される)ことが多い。この接着された対は一体となり、アノードプレート及びカソードプレートが電気的に正極及び負極に相当するので、一般にバイポーラプレートとも呼ばれる。そのような連続して接続された多数の燃料電池は、燃料電池スタックと呼ばれる。スタックは典型的には、燃料及び酸化体をそれぞれアノード及びカソードの流れ場チャネルへと方向付ける手段を備えている。スタックは通常、燃料電池内における水素及び酸素の発熱反応によって生じた熱を吸収するために、冷却剤流体をスタック内の内部チャネルへと方向付ける手段を備えている。スタックは一般的に、生成水のみならず余分な燃料ガス及び酸化体ガスを排出する手段を備えている。
【0006】
スタックはさらに、数ある構成要素の中でも特に、電気を生成するように作られた実働スタックを形成するために一緒に統合される、エンドプレート、絶縁体、膜電極アセンブリ、ガスケット、セパレータプレート、電気的コネクタ及びコレクタプレートも備えている。様々なプレートを、特定の機能の遂行を容易にするために、相互に当接させ、かつ相互に接続させることができる。
【0007】
作動中の燃料電池にはいくつかの汚染源からの汚染が生じる可能性がある。主要な汚染物質供給源のうちの2つは、VOC、イオウ化合物、NO

、金属を含有する可能性のある大気、及び燃料電池構築物自体の内部のアニオンである。別の汚染物質は一酸化炭素である。汚染物質は、燃料電池の所望の電気化学反応を阻害する不純物を含有する場合がある。これらの不純物はその後触媒の表面に堆積物を形成して、活性触媒部位を塞いで触媒層の一部が所望の電気化学的な燃料酸化反応又は酸化体還元反応を誘起するのを妨げる可能性がある。よってこれらの堆積物により燃料電池の電圧出力の低下がもたらされる。
【0008】
したがって、作動中の燃料電池の汚染を最小限にし、かつ非理想的な環境での作動に対してより頑強な、改善された燃料電池システム及び改善された燃料電池作動方法が必要とされている。
【発明の概要】
【0009】
本発明は、第1の態様において、燃料電池からバッテリーへの電流の流れを提供するために酸化体及び燃料を燃料電池のカソード及びアノードへ流すステップと、燃料電池をバッテリーから切り離すステップと、カソードへの酸化体の流れを停止するステップと、燃料電池から燃料電池に連結された抵抗器を通して電流を流すステップと、汚染物質の蓄積物が燃料電池で生成された廃水を通じて排出されるのを可能にすることで燃料電池の膜電極アセンブリの膜の触媒表面を清浄化するために、燃料電池の電圧を低下させるステップとを含む、燃料電池を作動させる方法を提供する。汚染物質が排出された後、該方法はさらに、カソードへの酸化体の流れを増大させるステップ及びバッテリーに再び電流を提供するためにバッテリーを燃料電池に再接続するステップを含む。
【0010】
本発明は、第2の態様において、触媒表面を有する膜を備えた膜電極アセンブリを有する燃料電池と、該燃料電池への酸化体の流れを供給する酸化体供給源と、燃料電池に電気的に接続されたバッテリーと、制御装置とを備えた、燃料電池システムを提供する。制御装置は、燃料電池への酸化体の流れを停止し、燃料電池からバッテリーを切り離し、かつ、電流が燃料電池から抵抗器を通過するように燃料電池に抵抗器を接続して、燃料電池の膜電極アセンブリの膜の触媒表面を清浄化するために燃料電池の電圧を所定の電圧より低くするように、構成される。
【図面の簡単な説明】
(【0011】以降は省略されています)

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